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亚共晶铝硅合金因具有强度高、比重低、铸造性能优良、耐蚀性好等优点，广泛应用于航空航天和汽车制造等领域。然而，未经细化和变质的亚共晶铝硅合金，其组织中粗大α-Al晶粒降低了合金的强度和塑性，粗大的针片状共晶硅严重割裂铝基体，并在硅相的尖端和棱角部位产生应力集中，导致合金的力学性能降低。因此，研究亚共晶铝硅合金的晶粒细化和共晶硅变质具有重要意义。
为发挥Al-Ti-C晶粒细化剂和Al-Sr共晶硅变质剂的优良性能并简化合金的熔炼工艺，课题组开发出一种Al-Ti-C-Sr细化剂。本文探索了Al-Ti-C-Sr细化剂的低温制备工艺，并采用正交试验对Al-Ti-C-Sr细化剂的成分和制备工艺进行优化，根据正交试验得出的最优方案制备了Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂，研究了细化剂的相组成、形貌以及分布，利用Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂对亚共晶铝硅合金进行细化和变质，并比较了其与Al-Ti-C和Al-Sr细化效果的差异;采用扫描电镜和透射电镜分析了Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂中Al-Ti-Sr三元相的形貌特征、晶体结构和晶格参数;研究采用铸铁模具正常凝固和钢管模具慢速凝固对Al-Ti-Sr三元相形貌的影响，并探讨了Al-Ti-Sr三元相的形成机理:对最优方案制备出来的Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂进行挤压，研究了挤压工艺对Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂显微组织和细化性能的影响。
研究结果表明，根据最优方案制备的Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂，其由α-Al、TiAl3相、TiC相、Al4Sr相、Al-Ti-Sr相组成，其中TiAl3相大部分呈细针片状，尺寸较小且分布均匀;TiC相数量较多且分布弥散，主要分布在Al-Ti-Sr相和TiAl3相周围及晶界处;Al4Sr大部分呈纤维状，少数呈针状，且尺寸较小;Al-Ti-Sr相数量较多。
添加1.0wt.％Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂对亚共晶铝硅合金进行细化，铝硅合金的宏观晶粒明显细化，平均晶粒尺寸由未细化时的1195μm减小到438μm，其二次枝晶臂间距由未细化时的23.15μm减小13.89μm，共晶硅由粗大的针片状转变为细小的纤维状和粒状。添加1.0wt.％Al-3Ti-0.2C和0.5wt.％Al-10Sr对亚共晶铝硅合金细化，细化后的平均晶粒尺寸为642μm，二次枝晶臂间距为18.52μm，共晶硅呈纤维状和粒状分布。因此，Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂较Al-3Ti-0.2C和Al-10Sr对亚共晶铝硅合金的晶粒和二次枝晶臂间距具有更好的细化效果，但二者对共晶硅的变质效果无明显差异。
Al-Ti-Sr三元相有两种形貌，即块状和包覆在TiAl3相周围的包覆状，扫描电镜的表面微区成分分析表明两者具有相同的化学成分，为同一种Al-Ti-Sr相。由于Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂中TiAl3相、TiC相、Al4Sr相的结构均已被探明，只有Al-Ti-Sr三元相的结构尚未确定。采用透射电镜对Al-Ti-Sr相进行选区电子衍射，根据其标准菊池三角形主要带轴的电子衍射花样进行分析，结果表明Al-Ti-Sr三元相的晶体结构为面心立方，晶格参数为a=1.52nm。
Al-Ti-Sr三元相通过包晶反应形成，其形核长大方式为:Al-Ti-Sr三元相依附在TiAl3相的表面形核，通过原子扩散消耗液相和TiAl3相形成包裹状Al-Ti-Sr相;过冷度较大时Al-Ti-Sr三元相可直接在液相中形核，并通过液相和TiAl3相的直接反应来形成块状Al-Ti-Sr相。凝固速度较慢时，包裹状Al-Ti-Sr相的尺寸增大，而中心的TiAl3相由于在包晶反应中被消耗而几乎完全消失;块状Al-Ti-Sr相的生长速度较快，其尺寸急剧长大。
Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂经挤压后，其组织中TiAl3和Al4Sr相的尺寸减小，TiC相在基体中的分布更均匀，Al-Ti-Sr三元相的尺寸减小且数量增多。分别采用未挤压和挤压态Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂对亚共晶铝硅合金细化，挤压态Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂具有更好的晶粒细化效果，但二者对二次枝晶臂间距的细化和共晶硅的变质效果无明显差异。这是由于挤压态Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂中TiC粒子的分布更加均匀弥散，可作为有效形核粒子的TiC粒子数量更多，因此具有较好的晶粒细化效果。